设计能支持时、分、秒的时钟，时钟有时间调整功能，具有闹钟功能，具有秒表功能，倒计时功能。除上述基本要求外，又新增以下功能（1）时间显示可实现12/24显示切换（2）提供闹钟的开关功能，并显示开关状态（3）倒计时的时间存储功能（4）放四种不同的音乐功能（5）生日闹钟 （6）闹钟播放音乐 （7）整点报时功能 （8）温度过限音乐报警功能 （9）开机显示功能（10） “电子日历”功能（11）温度报警功能（12）发声倒计时功能。
关键字单片机 人机接口 DS1302 DS18B20 LCD1602 7805 温度报警 多功能数字钟实物图 数字钟设计报告 一、设计任务与要求 1、设计任务 设计制作一个多功能数字钟。
2、设计要求 （1）基本要求 （1）时钟具有计时功能，能够显示时、分、秒；
（2）时钟有时间调整功能；
（3）时钟具有闹钟功能；
（4）时钟具有秒表计时功能；
（5）时钟具有倒计时功能。
（2）提高要求 （1）时钟有开机显示功能；
（2）时钟增加了“电子日历”功能；
（3）时钟有12进制与24进制的转换功能；
（4）时钟具有整体报时功能；
（5）时钟附带有一个温度计功能，显示精度为0.5度；
（6）时钟具有温度报警功能；
（7）时钟能够提供二个一般闹钟和一个生日闹钟功能；
（8）时钟提供播放四种不同的音乐功能；
（9）时钟提供闹钟的开关功能，并显示开关状态；
（10）时钟的秒表提供了连续计时功能，能够连续计时三次；
（11）时钟具有时间存储功能；
（12）时钟具有发声倒计时功能；
（13） 其它发挥。
（3）数字钟具体功能及其按键 1、开机显示界面 K1移动控制键；
K2显示复位键；
K3左右移动控制键；
K4更换界面键；
K5逐个显示控制键。
2、时间显示界面 K1时间减控制键；
K2时间加控制键；
K3时间位移动键；
K4更换界面键；
K512进制与24进制更换键；
K7闹钟停止控制键；
K8闹钟睡眠控制键。
3、温度显示界面 K1温度减控制键；
K2温度加控制键；
K3温度位移动键；
K4 更换界面键；
K5报警停止键。
4、闹钟功能界面 K1闹钟时间加控制键；
K2闹钟时间减控制键；
K3闹钟时间位移动键；
K4更换界面键；
K5一般闹钟选择控制键；
K6生日闹钟显示控制键；
K7闹钟停止控制键；
K8闹钟开关控制键。
5、秒表功能界面 K1秒表开始计时控制键；
K2秒表停止计时控制键；
K3秒表连续计时控制键；
K4更换界面键；
K5存储秒表时间控制键。
6、倒计时功能界面 K1倒计时加控制键；
K2倒计时减控制键；
K3倒计时时间位移动键；
K4更换界面键；
K5倒计时开始停止控制键；
K6倒计时发声控制键；
K7倒计时清零控制键。
二、总体方案比较与论证 方案一采用中小规模集成电路实现组合逻辑与时序逻辑电路设计，用振荡器产生的稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，再经分频器输出标准秒脉冲。进而得到分和小时，计数器的输出经译码器送显示器。此方案能实现数字钟的基本功能，但其他扩展功能的实现非常有限。
方案二基于单片机来实现。目前单片机技术比较成熟，功能也比较强大，时钟芯片采用DS1302，温度传感器采用DS18B20。显示采用1602液晶显示。此方案基本原理框图如图2-1所示 图2-1 原理框图 此系统硬件简洁，将复杂的硬件功能用软件实现，控制多个硬件电路的执行因此系统控制灵活，能很好地满足本题的基本要求和提高要求。而且编程灵活、调试方便。
从这两种电路设计方案的比较而言，利用单片机及外围电路编写软件程序来设计数字钟，简单灵活，而且可扩展各种功能，能完全达到设计要求，体现了现代计算机工具的方便、简捷、准确性。故采用第二种方案。
三、模块电路分析与比较 1、单片机选择 方案一由于程序代码比较多，有14K左右。采用Flash比较小的单片机，然后进行外部存储器扩展。可以选用AT89S系列，例如AT89S52，然后进行外部存储器扩展，但是，考虑到仿真比较麻烦，同时还要进行存储器的扩展，这样使电路更加复杂，不便于硬件的设计、制作。
方案二采用Flash比较大的单片机，例如AT89S54, AT89C55WD，但是AT89S54非常昂贵，使用不经济，然而AT89C55WD能够实现同样的功能，也比较便宜，抗干扰能力强，这样不仅比较经济，也使电路得到了简化，有利于硬件系统的设计、制作。
基于以上分析，考虑到AT89C55WD单片机比较便宜，同时硬件电路也比较简单，有利于硬件系统的设计、制作，因此，我们采用方案二，选用AT89C55WD单片机。
2、时钟方案选择 方案一使用单片机内部的定时／计数器，采用软件实现，可以降低系统成本，缺点是误差较大。一般用在对时间精度要求不高的场合，而且当出现断电等情况程序重新运行时，需要对时间用按键进行校正。
方案二在系统中扩展外部时钟芯片DS1302。DS1302时钟芯片内含一个实时时钟／日历电路和32字节静态RAM，可提供秒、分、时、日、日期月、年的信息，每月和闰年的信息可自动调整。通过简单的SPI串行接口，与单片机仅需用复位、数据和时钟三根I／O口线进行通信，同时DS1302可外接备用电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。完全能满足题目掉电保护功能的要求。
基于以上分析，我们决定采用串行通讯的DS1302。电路结构简单，程序容易编制，时钟精高，容易调整，具有掉电保护功能。这样就可以使用单片机内部的定时／计数器来实现秒表和倒计时的设计，其中我们用T0来实现时间的闪烁，T1来实现秒表计时和倒计时功能，能够充分的利用单片机的资源。
3、温度采集方案选择 方案一使用热敏电阻或温度传感器AD590，把测得的模拟量送入ADC0809的其中一个通道进行A/D转换，将转换后所得数字量送入单片机进行温度值变换之后显示。电路比较复杂。且精度难以保证。
方案二采用单线数字温度传感器DS18B20，DS18B20具有许多优点，该传感器结构简单，不需外接电路，数据传输采用one-wire总线，可用一根I/O数据线即供电又传输数据，在-10℃--85℃范围内精度为0.5℃，且分辨率较高，重复性和可靠性好。
基于以上分析，方案二完全符合电路设计要求，同时电路简单，操作容易，对DS18B20编程也比较容易，故在本设计中采用方案二。
4、显示模块的选择 方案一采用数码管显示。数码管亮度高、体积小、重量轻，但其显示信息简单、有限，并且需要较高的驱动能力，功耗高，人机交互功能差，较难控制，在本题目中应用受到很大的限制。
方案二采用液晶显示。液晶显示功耗低，轻便防震。由于本题显示信息比较复杂，采用液晶显示界面友好清晰，操作方便，显示信息丰富。
基于以上分析，由于系统要显示的信息较多,加上数码管操作不便，必须反复进行扫描，否则显示亮度就会变暗，故本设计中采用方案二。
综上所述，经方案对比，在实际设计应用中使用AT89C55WD单片机，时钟芯片DS1302，温度传感器DS18B20，和LCD1602液晶等芯片，使电路整体结构简单，功能齐全，性能稳定、可靠，设计合理。
四、各模块电路原理分析及原理图 1、单片机AT89C55WD模块原理及电路图 单片机是整个硬件系统的核心，它即协调整机工作，又是数据处理器，是软硬件系统连接的桥梁。AT89C55WD单片机性能好，价格便宜，其片内含有20KBFlash程序存储器，存储器可循环写入/擦除10000次，具有256B内部RAM，32条可编程I/O口线,3个定时器/计数器，具有8个中断源和4个优先级的中断结构，可编程全双工串行通道等功能，因此，我们选用AT89C55WD单片机来满足程序容量大，控制较为复杂的特点，以完成题目的基本要求和发挥部分的要求。具体原理图如图4-1所示。
图4-1 单片机最小系统 2、时钟模块原理及电路图 时钟模块采用时钟芯片DS1302，DS1302是美国 Dallas公司推出的一种高性能、 低功耗、带RAM 的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能，工作电压宽达 2．5～5．5V。采用三线接口与 CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节 的时钟信号或 RAM 数据。DS1302内部有一个 318 的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器。DS1202具有主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。DS1302的引脚如图 4-2 图4-2 DS1302引脚图 VCC1为后备电源VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由 VCC1或 VCC2两者中的较大者供电。当VCC2大于VCCI0．2V时，VCC2给 DS1302供电。当 VCC2小于VCC1时，DS1302由VCC1供电。X1、X2为振荡源，外接 32．768Hz晶振。RST是复位/片选线，上电运行时，在 VCC≥2．5V之前RST必须保持低电平。只有在 SCLK为低 电平时，才能将 RST置为高电平。I／O为串行数据输入输出端（双向），SCLK为时钟输入端。DS1302与单片机接口原理图如图4-3 图4-3 DS1302与单片机接口原理图 3、温度采集模块原理及电路图 DS18B20采用 3脚 PR-35封装 ，其引脚图如图4-4所示。
图4-4 DS18B20引脚图 智能温度传感器 DS18B20将温度传感器 、A／D传感器、寄存器、接口电路集成在一个芯片中，可实现直接数字化输出和测试 ，它的测温范围从-55℃～l25℃ ，且在-l0℃～85℃之间温度精度为0.5℃，并且转换精度可编程控制。
芯片出厂时为默认12位转换精度。DS18B20工作在9位、10位、11位 和 12位模式时的温度分辨依次为0．5℃、0．25℃、0．125℃、0．0625℃。和 DS18B20线连接的微控制器的 l/O 口如无内部上拉电阻，必须在总线上加一个上拉电阻。阻值以5K为佳，DS18B20接收到温度转换命令44H后开始转换，转换完成后温度 以16位带符号扩展的二进制补码形式，存储在 scratchpad RAM中的第 0、1字节。在执行读 scratchpad RAM命令OBEH后，可将这两字节的温度值通过单总线传给主 CPU。DS18B20的接口原理图如图4-5 图4-5 DS18B20与单片机接口原理图 4、显示模块电路原理及电路图 LCD1602是可以显示两行每行显示l6个字符的液晶显示器 。LCD1602采用8位数据传送，通过单片机的并行接口与液晶显示模块直接连接，单片机通过对这些接口的操作